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고전적 분석이든 기기분석이든 어떤 분석과정에서 중요한 단계는 시료분석을 하기 전에 시료로부터 방해물질을 제거하는 것이다(방해물질제거). 방해물질이란 분석시료의 측정을 방해하는 것들로 분석시료가 아닌 물질들을 말하며, 이들은 그릇된 분석 결과를 가져다주게 된다.

방해물질을 제거하기 위해 몇 가지 방법이 고안되었다. 이들을 분리시키는 기술 중 가장 흔히 쓰이는 방법으로는 증류, 선택적 침전, 여과, 착물화, 삼투, 역삼투, 추출, 전해무게분석, 크로마토그래피 등이 있다. 이들 방법 중 일부는 방해물질을 제거하기 위해서만이 아니라 실제 시료분석을 할 때도 이용된다.

증류는 액체나 액체·고체 성분의 혼합물을 유리 용기(끓임 플라스크)에 넣어 가열하는 것이다.

휘발성이 더 큰 물질(끓는점이 더 낮은 것)이 기체상태로 전환되어 냉각관(냉각기)을 통해 유리용기에서 빠져나간다(기화). 증류액이라 하는 이 응축된 액체는 받음 플라스크에 모이게 되며, 휘발성이 작은 성분부터 분리된다. 즉 성분들의 상대적인 끓는점에 따라 분리가 이루어진다.

보통 유리용기와 냉각기 사이에 비그류(Vigreux) 증류관을 집어넣어 분리효율을 크게 한다. 비그류 증류관은 기체가 냉각기에 들어가기 전에 응축과 기화를 되풀이할 수 있는 표면을 제공해주는 관이다. 이 과정을 통해 휘발성이 상대적으로 큰 액체는 앞부분에, 휘발성이 상대적으로 작은 성분은 뒷부분에 농축된다. 분석물은 보통 냉각기에 도달하기 전에 몇 차례의 기화-응축과정을 거친다.

선택적 침전법은 혼합물로부터 방해물질을 제거하기 위해 이용된다(화학침전). 용액에 특정 시약을 첨가하면 이것이 방해물질과 선택적으로 반응하여 침전물이 만들어진다.

이 침전은 여과나 원심분리 등의 물리적인 방법에 의해 혼합물로부터 분리될 수 있다.

여과는 입자를 그 크기에 따라 분리하기 위해서 이용된다. 1가지 응용 예로 선택적으로 침전시킨 후에 그 침전을 제거하는 것을 들 수 있다. 실험실에서 하는 이러한 고체-액체 여과는 구멍의 크기가 다른 여러 등급의 거름종이를 써서 한다.

깔때기에 고정되어 있는 거름종이나 다른 여과장치에 혼합액을 부으면 액체는 여과기를 통과하는 반면 침전은 통과하지 못하고 남아 있게 된다. 여과기의 구멍 크기가 작으면 보통 여과속도가 느리므로 부분적으로 진공을 유지하는 플라스크에 여과시켜 여과속도를 증가시킬 수 있다. 종이 여과기 대신 종종 프릿 유리질이나 유리 섬유질의 여과기가 사용된다. 실험실에서는 고체-기체 여과도 행해진다.

착물화는 방해물질의 작용을 막는 다른 방법이다.

방해물질과 선택적으로 착물을 형성시키기 위해 분석되는 혼합물에 착물화제를 첨가한다. 착물은 2가지 물질의 화합물로 보통 용액 속에 그대로 녹아 있게 된다. 착물의 화학적 성질이 원래의 방해물질과 다르기 때문에 이 착물은 분석시료물에 대해 방해작용을 하지 않는다.

삼투는 같은 용매를 포함하고 있는 두 용액 사이를 반투막으로 막아 분리하는 기술이다.

이 막은 용액중 조그만 성분(보통 용매)은 통과시키고 큰 분자들은 통과시키지 않는다. 자연적인 경향은 용매의 농도가 높은 쪽에서 농도가 낮은 쪽으로 용매가 흐르는 것이다. 용매의 농도가 더 낮은 쪽의 용액에 압력을 가하면 농도가 낮은 쪽에서 농도가 높은 쪽으로 용매가 흐르는 역삼투가 일어난다.

역삼투는 물의 정제에 종종 쓰인다. 어떤 경우에는 화학적 시료분석에 앞서 분리를 하기 위해 삼투나 역삼투가 이용될 수 있다.

추출은 섞이지 않는 용매에서 용질의 상대적인 용해도를 이용하는 것이다. 만약 용질이 수용액에 녹아 있다면 물과 섞이지 않는 유기 용매를 첨가시킨다.

용질은 물이나 유기 용매에 녹게 된다. 두 용매에 대한 용질의 상대적인 용해도가 다르다면 부분적으로 분리가 일어난다. 위층의 밀도가 작은 용매층을 물리적 방법을 이용하여 아래층으로부터 분리시킨다. 분리된 각 층에 대해 이 과정을 반복적으로 시행하면 분리가 더 잘된다(용매추출). 이와 같은 회분법(回分法)뿐만 아니라 향류추출(向流抽出)이라 불리는 연속과정을 써서 추출하는 것도 가능하다. 전해무게분석법은 전류를 이용하여 용액으로부터 고체를 전극에 석출시키는 것이다.

보통 용액 속에 있는 금속 이온이 금속판으로 석출되는 것이지만, 다른 전극막이 형성될 수도 있다.

크로마토그래피는 이동상(액체나 기체)이 고정상(고체나 액체)을 통과하면서, 고정상에 대한 성분들의 상대적인 인력에 의해 혼합물의 성분들이 분리되는 일련의 분리방법들을 말한다.

크로마토그래피는 사용되는 이동상의 형태에 따라 보통 2가지로 나누어지는데 이동상이 액체인 경우 액체 크로마토그래피, 이동상이 기체인 경우 기체 크로마토그래피라고 한다. 간단한 액체 크로마토그래피 장치에서는 고정상이 유리관과 같은 관 속에 놓여지며, 관의 아래 끝부분은 유리솜이나 탕화(湯化)된 유리 원판 등의 마개로 느슨하게 틀어막혀 있다. 분리를 하기 전에 고정상에 이동상으로 사용할 액체(분리용매)를 채운 다음, 분리하려고 하는 혼합물을 관의 꼭대기에 부어 고정상에 흡착시킨 후에 용매를 흘려 내려서 각 성분을 분리한다.

용리 크로마토그래피라고 알려진 가장 흔한 형태의 크로마토그래피에서는 용액이 아래쪽으로 흐를 때 관의 꼭대기에 계속 이동상을 부어준다. 기포가 관 속에 들어가서 이동상의 흐름을 막는 것을 방지하기 위해 고정상은 이동상 속에 계속 잠겨 있어야 한다. 혼합물의 성분이 관을 통해 내려가면서 고정상과의 인력에 따라 각 성분들은 두 상 사이에 분배된다. 각기 다른 성분은 고정상에 대한 인력이 다르기 때문에 분리가 일어난다.

고정상에 대한 인력이 상대적으로 큰 성분은 관 속에 더 오랫동안 남아 있는 반면 인력이 작은 것들은 더 빠른 속도로 내려간다. 관을 통과해서 나온 분리된 성분들을 모은다.

판 위에서 행해지는 분리의 경우도 유사한 과정을 거치지만, 이 경우는 일정한 위치에서 시간적으로 분리가 일어나는 것이 아니라 일정한 시간 간격이 지난 후 공간적으로 분리가 이루어진다(판 크로마토그래피). 즉 이 경우에는 고정상을 입힌 판의 아랫부분에 시료를 일직선의 띠처럼 흡착시키고 용매가 들어 있는 용기에 담그면, 용매가 판을 따라 올라가면서 시료의 각 성분이 분리된다.

이때 시료의 각 성분이 고정상과의 인력에 따라 판의 서로 다른 높이 위치에 띠 모양으로 분리되므로 각 띠별로 긁어 모으면 분리된 성분을 얻는다.